Kimyada hidrat, su moleküllerini ortamından emen ve bunları yapısının bir parçası olarak içeren bir bileşiktir. Su molekülleri ya bileşiğin içinde bozulmadan kalır ya da kısmen elementlerine ayrılır. Üç ana hidrat kategorisi inorganik hidratlar, organik hidratlar ve gaz hidratlardır.
İnorganik hidratların içindeki su molekülleri genellikle bileşik ısıtıldığında salınır. Organik hidratlarda su, bileşik ile kimyasal olarak reaksiyona girer. Gaz hidratın bir “yapı bloğu” su molekülleri kafesiyle çevrili bir gaz molekülünden oluşur. Gaz hidratları, okyanus çökellerinde ve kutupsal bölgelerde bulunur.
İnorganik Hidratlar
İnorganik hidrat, su moleküllerini serbest bırakarak susuz hale gelir. Maddenin susuz formu suyu emerek hidratlaşabilir. Su, hidrasyon suyu veya kristalleşme suyu olarak bilinir. Yaygın bir inorganik hidrat, sodyum karbonat dekahidrattır (çamaşır sodası). Bir hidratın adının ilk kısmı susuz bileşiğin adıdır. Bunu, hidratlanmış bileşikte mevcut su moleküllerinin sayısını gösteren bir ön ekin önündeki “hidrat” kelimesi takip eder. “Dekahidrat” kelimesi, bir sodyum karbonat molekülünün, hidratlandığı zaman kendisine bağlı on su molekülüne sahip olduğu anlamına gelir.
Bazı Yaygın İnorganik Hidratlar
Çamaşır sodasının yanı sıra, diğer bazı inorganik hidratlar magnezyum sülfat heptahidrat, sodyum tetraborat dekahidrat ve sodyum sülfat dekahidrattır. Bakır sülfat ve kobalt klorür ayrıca inorganik hidratlar oluşturur ve hidrat formlarında çekici renklere sahiptir.
Glauber Tuz: Glauber’in tuzu, on yedinci yüzyılda yaşayan Alman-Hollandalı kimyacı ve eczacı Johann Rudolf Glauber’tan sonra seçildi. Glauber, sodyum sülfatı keşfetti ve aynı zamanda insanlarda bir müshil olduğunu keşfetti. Kimyasalın büyük iyileştirici güçleri olduğuna inanıyordu.
Bakır Sülfat: İki popüler inorganik hidrat, hidratları ve susuz formları arasında renk açısından çarpıcı bir farklılığa sahiptir. Bakır sülfat, kuprik sülfat, mavi vitriol veya blueston olarak da bilinen bakır sülfat, hidrat formunda mavi, susuz formunda gri-beyazdır. Mavi formu ısıtmak, suyu giderir ve kimyasalın beyaz olmasına neden olur. Susuz form, su eklendiğinde tekrar mavi hale gelir. Her bakır sülfat ünitesi beş su molekülüne bağlanabilir, bu yüzden hidratlandığında bazen bakır sülfat pentahidrat denir. Hidratlanmış formunun, formül CuSO olan 4. 5H2O bakır sülfat, sonra nokta su molekülleri ile bağlar gösterir. Araştırmalar, bu bağların doğasının bir zamanlar sanıldığı kadar basit olmadığını gösteriyor.
Kobalt Klorür: Kobalt klorür, susuz formunda gök mavisi ve hidratlanmış formunda mor (kobalt klorür heksahidrat) şeklindedir. Kobalt klorür kağıdı, nemin bulunduğunu belirtmek için kullanışlıdır. Kobalt klorür kaplı ince kağıt şeritleri içeren şişelerde satılmaktadır. Nem olmadığında kağıt mavidir ve su varlığında pembeye döner. Görelilik nemini tespit etmek için faydalıdır.
Tozlaşan, Suyu Emen ve Nem İle Eriyebilen Maddeler
Tozlaşma: Bazı inorganik hidratlar, oda sıcaklığındayken en azından bir miktar suyunu kaybedebilir. Bu hidratların çiçeklenme olduğu söylenir. Çamaşır sodası ve Glauber tuzu, göz alıcı maddelerin örnekleridir. Sudan vazgeçtikçe daha az kristalli ve daha tozlu hale gelirler. Bununla birlikte, suyun kaybedilmesi için, hidratın yüzeyindeki su buharının kısmi basıncı, çevredeki havadaki su buharının kısmi basıncından daha büyük olmalıdır. Bakır sülfat, ancak çevresindeki hava çok kuru olduğunda tozlaşacaktır.
Suyu Emen Maddeler: Bazı hidratlar, insan müdahalesi olmadan havadan veya bir sıvıdan gelen suyu emer ve higroskopik olduğu söylenir. Higroskopik katılar, kurutucu madde olarak kullanılabilir; ortamdan suyu emen maddelerdir. Bu, örneğin bir paketteki havanın kuru tutulması gerektiğinde faydalıdır. Susuz kalsiyum klorür, kurutucu olarak kullanılan higroskopik bir maddenin bir örneğidir.
Nem İle Eriyebilen Maddeler: Bazı katılar çevrelerinden o kadar çok su emer ki, gerçekte sıvı çözeltiler oluşturabilir. Bu katılar nem ile eriyebilen maddeler olarak bilinir. Kalsiyum klorür, hem suyu emen hem de nem ile eriyebilen maddedir. Suyla nemlenirken suyu emer ve sonra bir çözelti oluşturmak için suyu emmeye devam edebilir.
Organik Hidratlar ve Karbonil Grupları
Aldehitler: Aldehit veya keton ailesine ait kimyasallar organik hidratlar oluşturabilir. Bir aldehidin genel formülü RCHO’dur. R grubu molekülün “kalanını” temsil eder ve her aldehidde farklıdır. Karbon atomu oksijen atomuna bir çift bağ ile birleştirilir. Karbon atomu ve ekli oksijen, bir karbonil grubu olarak bilinir.
Ketonlar: Bir ketonun genel formülü, H’nin yerine, birinciden farklı olabilen ikinci bir R grubunun olması haricinde, bir aldehit formülüne benzer. Aldehitler gibi, ketonlar da bir karbonil grubu içerir.
Karbonil Hidratlar: Bir su molekülü, bir karbonil hidrat olarak bilinen bir maddeyi oluşturmak için bir aldehit karbonil grubu veya bir keton ile reaksiyona girebilir. Karbonil hidratlar, spesifik bir aldehit veya keton numunesinde genellikle moleküllerin çok küçük bir yüzdesini oluşturur. Bununla birlikte, bu kuralın dikkate değer birkaç istisnası vardır. Örneğin, bir formaldehit çözeltisi aldehit formundaki moleküllerin sadece küçük bir kısmı ile neredeyse tamamen karbonil hidrat formundaki moleküllerden oluşur.
Formaldehit ve Etanol: Metanal olarak da adlandırılan formaldehit, aldehit ailesinin en basit üyesidir. “R” grubu, tek bir hidrojen atomundan oluşur. Çizimim, karbonil grubunun su ile reaksiyonu sonucu formaldehitten oluşturulan hidratın basitleştirilmiş bir resmini gösterir. Bir H2O molekülü, bir H halinde böler ve hidrat gibi bir OH oluşturulur.
Sudaki formaldehit çözeltisi formalin olarak bilinir. Formaldehit, biyoloji derslerinde diseksiyon için okullara gönderilenler de dahil olmak üzere hayvansal dokular ve vücutlar için bir koruyucudur. Korunmuş hayvan tedarik eden bazı şirketler, hayvanları nakletmeden önce formaldehitleri temizlemektedir. Organik hidrat üretiminin bir başka örneği, etenin etanole dönüşümüdür. Fosforik asit, katalizör olarak kullanılır.
Gaz Hidratları ve Potansiyel Kullanımları
Gaz hidrat yığınları buz topaklarına benzer ve kristal katı maddeler olarak görülür. Su molekülleri bir gaz molekülünü çevrelediğinde donmuş bir ağ veya kafes oluşturan hidratların yapı taşları düşük sıcaklıkta ve yüksek basınçta yapılır. Gaz genellikle metandır, bu durumda metan hidrat adı hidrat için kullanılabilir, ancak aynı zamanda karbondioksit veya başka bir gaz da olabilir. Metan, ölü bitki ve hayvanların bakteriyel çürümeleri ile üretilir. Gaz hidratları dünyanın her yerine yerleştirilmiştir. Derin okyanusların ve göllerin dibinde tortular oluşturur ve permafrostta karada bulunurlar. Metan hidratlar, mükemmel bir enerji kaynağı olma potansiyeline sahiptir. Aslında araştırmacılar, dünyanın gaz hidratlarında tutulan toplam enerji miktarının, dünyadaki bilinen tüm fosil yakıtlarda bulunan toplam enerjiden daha büyük olabileceğini tahmin etmektedir. Bir gaz hidrat bir kibritle veya başka bir alevle yanarsa, bir mum gibi yanacaktır.
Gaz Hidratlarının Olası Tehlikeleri
Araştırmacılar şu anda metan moleküllerini su kafeslerinden çıkarmanın en etkili yolunu bulmaya çalışıyorlar. Bazı insanlar, metan çıkarma işleminin bir sonucu olarak atmosfere girecek ve Dünyanın iklimini etkileyeceğinden endişeleniyorlar. Atmosferdeki metanın küresel ısınmaya katkıda bulunduğu düşünülmektedir.
Gaz hidratları doğalgaz boru hatlarını tıkayabilir ve bazen delme tehlikesi oluşturabilir. Diğer bir sorun, hidratların çimento okyanusunun birlikte çökeltilmesinden kaynaklanabilir. Geniş bir bölgedeki hidratlar erirse tortular hareket edebilir ve tsunamiye neden olabilecek bir heyelan üretebilir.
Kaynakça:
https://owlcation.com/stem/What-is-a-Hydrate-Chemistry
Yazar: Katibe Melis Dinçer